物理学者は、スピン量子ビットの独立した制御における回折限界を克服することに成功しました

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ビデオ: [マインクラフト]疑似量子ビット計算機[理論上世界最速?] 2022, 12月
物理学者は、スピン量子ビットの独立した制御における回折限界を克服することに成功しました
物理学者は、スピン量子ビットの独立した制御における回折限界を克服することに成功しました
Anonim
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物理学者は、スピン量子ビットを制御することを学びました。スピン量子ビット間の距離は、回折限界を超えません。彼らは、光およびマイクロ波放射を使用してキュービットの状態を測定し、可変シュタルク効果を使用してそれらを制御する方法を学びました。この作品はジャーナルScienceに掲載されました。

キュービットの可能な実現の1つは、結晶のスピン欠陥の使用です。欠陥の存在は、常に固体の結晶構造の違反を示します。多くの異なるタイプの欠陥のうち、その場所にない(結晶格子のサイトにない)イオンと空孔(空のサイト)のシステムは、キュービットの実現に適しています。ほとんどの場合、このような欠陥は、欠陥のない結晶に別の物質のイオンを衝突させることによるイオンドーピングによって得ることができます。スピン欠陥は、イオンに加えて、特定のスピン値を持つ電子で構成されているために呼び出されます。情報をエンコードするために使用されるのは、この電子のスピンの位置です。

現在、スピン量子ビットを実装するための最も人気のある材料の1つは、NVセンターと呼ばれる窒素空孔のあるダイヤモンドです(Nは窒素、Vは空孔です)。欠陥に関する他のキュービットと同様に、特に量子コンピューティングの他のプラットフォーム(たとえば、中性原子またはイオン)と比較した場合、それらは安定しています。ただし、複雑な論理演算を実装するには、欠陥量子ビットが互いに強く相互作用する必要があります。技術的には、これはそれらが非常に接近している必要があることを意味します。このような構造は、実装が難しいだけでなく、調査も困難です。

ジェフ・D・トンプソンが率いるプリンストン大学の科学者は、オルトケイ酸イットリウム結晶中のエルビウムイオンの例によって、非常に狭い間隔のキュービットでも制御および測定できることを示しました。

特定の波長の光を照射すると、欠陥が発光し始めます。欠陥からの放射線の強度を増幅するために、科学者たちはシステムを共振器に配置しました。興味深いことに、同じ結晶内の各欠陥のポンプ波長はわずかに異なります。これは、欠陥がどれだけ離れているかに関係なく、欠陥を区別するのに役立ちます。結晶全体からの発光スペクトルをさまざまな波長で測定し、個々の欠陥ごとにポンプ波長を選択するだけで十分です。発光スペクトルに基づいて、著者は2つのキュービットを選択し、その上で初期化と測定のプロセスを示しました。

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Songtao Chen etal。 /科学、2020年

磁場に欠陥のある結晶を配置すると、各欠陥キュービットのエネルギーレベルが分割されます。2つはスピンアップ状態を担当し、2つはスピンダウン状態を担当します。光放射はキュービットの状態を変化させず、システムを基底状態から励起状態に移行させるだけです。異なるスピンを持つ状態間の遷移は、マイクロ波放射を使用して実行できます。さまざまなタイプの遷移がさまざまな放射を必要とするという事実により、システム全体の制御が容易になります。キュービットが地上スピンアップ状態にある場合、光照射後もスピンアップ状態にあり、追加のマイクロ波照射後はスピンダウン状態になります。これが初期化プロセスです。キュービットが現在どのような状態にあるかを理解するには、キュービットをポンピングするためにさまざまな波長を試す必要があります。それらは、異なる欠陥だけでなく、1つの欠陥の異なるスピン状態でも異なることがわかります。したがって、特定のポンプ波長に対する応答により、どのキュービットがどの状態にあるかがわかります。

科学者たちは、2つの欠陥を別々にテストすることに加えて、4つの量子ビットを同時に制御する方法を学び、ユニバーサル1量子ビットゲートの実装を示しました。

さらなる研究とより大規模で複雑なコンピューターの作成のために、著者は別の材料を結晶として使用し、構造を製造するための技術を改善することを計画しています。

研究規模の点では、スピン量子ビットは中性原子、イオン、超伝導体に基づく計算機より劣っていますが、新しい興味深い結果を示し続けています。結晶欠陥に基づく統合システムの利便性のために、物理学者はなんとかフォトニック集積回路上に128キュービットチップを組み立てることができました。そしてアメリカの科学者たちは、音を使ってダイヤモンドの欠陥を制御する方法を学びました。

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